沉井施工技术在北京排水管线施工中的应用

    王玮

    

    摘? 要:以截污管线和污水处理厂配套污水管线为主要建设内容的排水管线项目,是近年来随着环保督察力度的加大,北京市建成区内集中解决建成区周边管网配套设施不足问题的主要研究方向。该文主要以非开挖污水管道顶管施工为前提,对应用沉井施工技术进行工作竖井开挖的工艺环节及技术方案进行讨论,结合朝阳区水环境治理工程第三标段(酒仙桥流域污水管线工程)应用案例,讨论该工艺的优势特点及后续排水管线施工的改进方向。

    关键词:沉井;开挖;污水管线;地下水;摩擦系数

    中图分类号: TU991? ? ? ? ? ? 文献标志码:A

    1 沉井施工技术

    1.1 技术简介及发展沿革

    沉井是井筒状的混凝土结构物,由井内的挖土依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到设计标高再经过混凝土封底并填塞井孔而成,是桥梁墩台或其他结构的基础,主要在施工大型桥墩的基坑、污水泵站、盾构拼装井、地下车道与车站水工基础施工围护装置时使用。

    20年多来,沉井除了作为高层建筑、高耸构筑物的基础外,还被较多地应用于盾构和顶管隧道施工,作为始发井、接收井发挥了其对于开发利用地下空间的作用。

    1.2 工艺流程介绍

    对于在竖井开挖环节中,沉井技术应用步骤的组成工序,如图1所示。

    1.3 施工技术要点

    沉井首先是在地面进行井身混凝土结构施工,利用重力进行下沉施工,如果沉井井壁与周围土层摩擦力较大,可采取触变泥浆或涂蜡等措施减少井壁的摩擦力,以利于沉井下沉。为了保证下沉顺利,一般在沉井底部预先做刃角结构,以减少沉井底部受力面积来增大压强,保证下沉速度[1]。

    2 朝阳区水环境治理工程第三标段沉井施工技术应用介绍

    2.1 工程概述

    聚焦攻坚水环境治理工程朝阳区第三标段(酒仙桥流域污水管线工程)位于北京市朝阳区,主线起点为香江北路自西向东转而向南沿电子城北扩规划一路,沈家坟干渠北自西向东接入北小河北岸与京密路交汇处D=1 000 mm污水管道,接入五环路现状D=1 050 mm污水干线后汇入酒仙桥再生水厂。

    污水顶管管线埋深4.0 m~7.0 m,经调查,施工影响范围内没有重要(输水、有压)地下管线。该地区临近河道(北小河、沈家坟干渠等河道),地下水丰富、滞水层及潜水层水位较高;工程所在区域地上局部拆迁量较大,占地范围制约较大。为顺利推进工程在保障房建设项目竣工交付前具备污水接入条件,考虑拆迁及地质条件,对污水管线施工竖井采用了现浇钢筋混凝土沉井施工设计方案。该工程污水管线规格D=800 L=3130m、D=1200 L=955,始发井27座,接收井25座。

    2.2 工程及水文地质

    2.2.1 工程地质

    根据勘察报告显示沉井施工范围为粉质黏土。

    2.2.2 水文地质

    沉井施工范围有2层地下水。第一层地下水为上层滞水,稳定水位埋深为2.10 mm~3.40 mm;第二层地下水为潜水,稳定水位埋深为6.20 mm~7.50 mm。

    2.3 施工方法

    2.3.1 沉井施工准备工作

    沉井施工前进行管线调查,将影响沉井施工部位管线临时移到沉井2 m以外,还应有必要的场地,以满足模版制作、钢筋制作、混凝土施工,材料运输和堆放等需要。

    2.3.2 沉井施工基坑开挖、砂垫层及支承垫木铺设

    2.3.2.1 基坑开挖

    基坑开挖要点有3点。1)开挖基坑时基坑深度除考虑垫层厚度外,尚应考虑地下水位,使垫层顶面高出地下水位不小于0.5 m。2)基坑的面积以沉井尺寸而定,每边应加宽不小于1.5 m,坡率1∶0.3,基坑开挖深度为1.5 m,基坑内部设施工脚手架、钢筋、模板。3)基坑底部应设一定坡度排水沟,四角设集水井。集水井应比排水沟低0.5 m。

    2.3.2.2 砂垫层铺设

    1)承垫木下的砂垫层应分层铺设,总厚度不宜小于50 cm,宽按承垫木长度向外略挑出15 cm,并用基底层构成1∶1坡度,砂垫层需采用颗粒级配良好的中砂。砂垫层摊铺需分2层,每层25 cm,摊铺完毕后,及时采用平板式振动器进行拖拉直至该砂垫层的密实度达到98%以上,最后用仪器超平并记录标高。2)砂垫层施工,可视具体情况选择震实、夯实和压实等方法,适当加水分层捣实,下一层密实度经检验合格后再施工上一层。3)砂垫层密实度的质量标准用砂的干密度控制,对中砂取1.56 t/m3~1.60 t/m3,對于粗砂可适当提高。

    2.3.2.3 承垫木铺设

    2.3.2.3.1 一般要求

    选择50 mm×100 mm作为承垫木,铺设承垫木时,应用水平仪进行超平,要使刃脚踏面在同一水平面上,如有高低不平现象时,可将较高的承垫木在砂垫层上来回拖动,以降低其标高。

    承垫木在平面布置上,应均匀对称。每根垫木的长度中心应与刃脚踏面中线重合,以便于把沉井的重量能较均匀的传到砂垫层上。承垫木可以单独或几根编成一组铺设,但组与组之间最少需留出20 cm~30 cm的间隙,便于工具能伸进间隙中把承垫木抽出。

    2.3.2.3.2 定位支点的位置

    为便于抽出刃脚的承垫木,尚需设置一定数量的定位垫木,使沉井最后有对称的着力点。确定定位垫木位置时,以沉井井壁在抽出承垫木时,所产生的正、负弯矩的绝对值接近相等为原则。对于矩形沉井的定位垫木,一般设置在长边,每边2个。当沉井长边L与短边B之比为2>L/b≥1.5时,2个定位点之间的距离为0.7 L;当L/b≥2时,则为0.6 L。当L/b<1.5时,应在4边均设置2个定位垫木,2个定位点之间的距离为0.7 L。该工程沉井L/b<1.5,在4边设置定位垫木。

    2.3.2.3.3 沉井井身施工

    现浇沉井井身为一般混凝土结构,施工流程为钢筋绑扎—模板安装—混凝土浇筑—模板拆除—混凝土养护。

    2.3.2.3.4 沉井下沉

    沉井下沉包括2个方面。1)沉井下沉施工方法。施工流程:准备工作→设置垂直运输机械、排水泵,挖排水沟、集水井→挖土下沉→观测→纠偏→沉至设计标高、核对标高→抽水→设集水井、铺设封底垫层→底板防水→绑底板钢筋、隐检→底板浇筑混凝土。下沉前应进行井壁外观检查,检查混凝土强度及抗渗等级,根据勘测报告计算极限承载力,计算沉井下沉的分段摩阻力及分段的下沉系数(≥1.15~1.25),作为判断每个阶段可否下沉,是否会出现突沉以及确定下沉方法及采取措施的依据。下沉前应分区、分组、依次、对称、同步的抽除(拆除)刃脚下的垫架(砖垫座),每抽出一根垫木后,在刃脚下立即用砂、卵石或砾砂境实。2)沉井封底。沉井下沉至设计标高,如遇松散层,在沉井外壁内间隔50 cm成梅花型打注浆孔注浆,注浆孔深度为沉井深度加0.5 m,注浆管直径为φ25 mm的镀锌钢管,钢管下段3 m范围内间隔30 cm成梅花型钻直径6 mm的注浆出浆孔,压强不超过0.5 MPa,采用低压慢注的方式。配比的要求是水:水泥:粉煤灰=1∶0.2∶0.8,砼强度达到要求后,将沉井内积水抽净,进行底板钢筋的绑扎,如沉井底层为全风化泥岩层,直接钢筋绑扎及混凝土浇筑,底板钢筋采用双层钢筋网,纵筋为HRB400直径φ22 [email protected]、横向为RB400直径φ12 [email protected],随后采用C30混凝土封底,厚400 mm。封底前应先将刃脚处新旧混凝土接触面冲洗干净或打毛,对井底进行修整使之成锅底形,在中部设2个集水井,使井底地下水汇集于集水井中用潜水电泵排出,保持水位低于基底面0.5 m以下。

    3 未来在排水管线竖井施工中优化改进的思考

    上述污水管线工程案例对沉井施工技术的应用基本合理,施工经历了冬季施工,雨季施工,并在拆迁困难、周边河道水位高的不利情况下,顺利完成全线顶管开挖竖井工作,按期在保障房交付入住前实现了污水全线通水,是沉井技术一次较为成功的应用。

    在施工过程中,我们发现部分竖井部位的土体自持能力和侧向压力尚可,配筋计算偏向保守;由于顶管工作空间取决于顶管管径(即机头尺寸),D800管径管线段的竖井尺寸还有一些可优化的空间;沉井的混凝土结构与新建检查井结构在形式上有诸多相似性,经分析建议未来在城区内新建污水管线工程应用沉井技术进行竖井施工的实践中,可以考虑4个改进方向。1)根据现场勘察土质情况,合理优化沉井配筋计算,在土体自持力好的施工区位适当降低沉井壁厚尺寸,可以加快施工进度、降低造价成本。2)结合非开挖顶管工艺所需施工空间需求,合理设计沉井净空尺寸。3)结合现行排水检查井标准图集结构形式,创新结构设计,在有条件的区域,未来沉井作为竖井支护结构施工完成后,可将其当作检查井井室结构进行永久利用,将明显缩短管线工程的工期,大大降低单延米工程的造价。4)如在城区现状路面进行沉井施工,为保证交通、节约工期,可考虑在加工厂采用分节预制施工竖井并现场拼装,拼缝采用止水带进行阻水,这样将增加沉井技术的应用场景,更适合城区复杂多变、工期紧凑的工程。

    参考文献

    [1]倪淑芳.沉井工程施工工藝探析——以“上海世龙科技居里辐照车间工程——钴原水井”为例[J].中外建筑,2013(7):158-159.